基于GIS的舞动分布图绘制系统数据库设计

王超 吕中宾 艾文君 刘泽辉 刘博

摘 要：本文以舞动信息为研究对象，详细讨论了舞动信息数据库的选择及设计过程，从数据库设计理论和方法的角度介绍了基于Geodatabase的舞动信息数据库设计方法。最后，利用设计和创建的舞动信息数据库介绍数据库的功能和应用。

关键词：空间数据；层次结构；逻辑结构；物理结构

中图分类号：TM75 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）23-0076-03

Database Design of Dancing Layout Drawing System Based on GIS

WANG Chao LYU Zhongbin AI Wenjun LIU Zehui LIU Bo

（Power Transmission Line Galloping Prevention and Control Technology Laboratory of State Grid， State Grid Henan Electric Power Research Institute，Zhengzhou Henan 450052）

Abstract： This paper took the dance information as the research object， discussed the selection and design process of the dance information database in detail， and introduced the design method of the dance information database based on Geodatabase from the perspective of database design theory and method. Finally， used the design and creation of the dance information database to introduce the functions and applications of the database.

Keywords： spatial data；hierarchy；logical structure；physical structure

我国是舞动灾害最严重的国家之一[1]。舞动的危害十分严重，会造成长时间大范围停电，恢复困难，社会影响巨大。截至2013年年底，共发生有文字记录的舞动事件（事故）涉及35～1 000kV各电压等级，共计发生舞动1 300条次以上，经济损失数百亿。

随着电网规模的不断扩大和气象环境的日益恶化[2]，输电线路舞动现象不断加剧，并逐渐成为线路安全运行的主要威胁之一。舞动分布图能清晰地反映输电线路舞动区域分布的特点，可以为线路设计、电网建设、运行维护等部门的防舞工作提供指导，在一定程度上减少防舞工作的盲目性。因此，通过建立舞动分布图绘制系统以分析舞动分布区域的特点具有重要意义。

对舞动信息进行科学组织与管理，设计和建立标准统一、功能完善的数据库是一个成功的舞动分布图绘制系统的关键。因此，对数据库进行合理设计和建设无疑具有十分重要的意义[3]。

1 舞动信息数据

1.1 舞动信息数据特征

舞动信息数据的分析与应用与地理环境直接关联，具有空间属性。舞动分布图绘制系统要对输电线路舞动信息进行采集、存储、管理、处理、检索、分析和表达，因此建立舞动信息数据库需要具有以下特征。

第一，具有高可访问性。输电线路舞动信息的数据容量很大，其包含有地理信息、舞动信息等极其复杂的现象和信息。因此，在建立数据库的基础上，需要高效访问大量数据，使其具有强大的信息检索和分析能力。

第二，舞动信息数据中的空间数据和属性数据要有清晰的对应关系，需要聯合管理。

第三，舞动信息数据中的属性数据和空间数据要能随时间而发生相应变化。

第四，舞动信息数据要具有空间多尺度性和时间多尺度性。

1.2 数据的层次结构

舞动信息数据包含的内容十分广泛，其主要分为空间数据和属性数据。空间数据包含矢量数据和栅格数据，而属性数据包含输电线路舞动属性和基础地理属性等。

矢量数据是通过记录坐标的方式尽可能将点、线、面等地理实体的空间位置表现得准确无误，是面向对象、具有拓扑关系的空间数据类型。舞动信息数据中的矢量数据主要包括：数字线划地图数据（包括行政区划图、水系、交通道路和植被等）、输电线路舞动数据和气象数据。

栅格数据主要指数字影像数据和数字高程数据（DEM数据）。数字影像数据的信息比较直观，具有良好的可判读性和可量测性。数字高程数据是舞动风险评估的基础数据，是地理空间中地理对象表面形态的数字化表达。

属性数据主要指与点、线、面数据相关联的属性信息。舞动信息的属性数据主要包括基础地理属性、气象属性和舞动基本属性。气象属性有日最低温度、日平均相对湿度、日最大风速、风向参数等。舞动基本属性有舞动时间、线路名称、地点（经纬度）、持续时间和杆塔结构等。数据层次框架如图1所示。

2 舞动信息数据库组织设计

2.1 舞动信息数据库的选择

通过上述对舞动信息数据的特点及层次结构的分析可知，只有建立空间数据库才能管理舞动信息数据。空间性是空间数据库区别于传统数据库的基本特征，因此，空间数据库管理系统不仅需要具有常规数据库管理系统所必备的功能，还要为空间数据提供特定的管理功能。具有代表性的数据库系统有ESRI的GeoDatabase数据库，其通过OLOB字段存储空间对象的坐标数据，通过表存储属性数据，将空间坐标存在边长记录中，增加空间数据管理操纵函数。用户通过GeoDatabase进行数据管理，可以建立高效的空间索引，高效访问GeoDatabase中的空间数据，并实现数据的安全性、一致性和完整性，完成海量数据的管理。

GeoDatabase中的数据對象包括对象类、要素类和要素数据集，其通过层次型的数据对象来组织。存储非空间数据的表格即是对象类，其保留有与地理要素相关联的对象的描述性信息。具有相同几何特征和属性的要素的集合构成要素类，即同类空间要素的集合，如温度、湿度、风速、省界、县级市、省道和河流等。要素类之间可以独立存在或具有某种关系。不同的要素类之间存在某种关系时，考虑将其组织为一个要素数据集，如温度、湿度、风速和风向等放入气象数据集中，省界、县级市、省道、河流等放入空间地理数据集中。数据库数据层次图如图2所示。

2.2 数据逻辑结构设计

舞动信息数据涉及的数据较多，为了更有利于对数据库进行管理和维护，需要在数据逻辑结构设计中，按照逻辑结构将空间数据分为总库和子库两级。其中，总库为舞动信息空间数据库，子库根据数据类型划分，不同的子库包含不同的数据类型，子库分为矢量数据库和数字高程模型数据库。数据划分后，每个子库成为相应空间数据的要素集，以同类数据的要素集为基础，再根据GeoDatabase数据结构规划要素类，如图3所示。

2.3 数据物理结构设计

为逻辑结构模型确定合理的存储结构、存取方法、数据表示及存储空间分配等过程就是物理结构设计需要完成的任务[4，5]。根据GeoDatabase的数据管理方案，物理模型设计的主要内容有：①空间数据库结构设计：包括地理实体属性表设计，表格字段的属性、别名等，地图要素、图层、图像的结构与组织，建立空间索引的方法；②数据编辑方案设计；③地图数字化方案设计；④空间数据的更新设计。

图4和图5列举了舞动信息数据库的舞动表的物理设计。

3 数据库功能和应用

舞动信息数据库的功能模块是数据库的外在表现，也是用户应用数据库的外在界面，其主要功能模块如图6所示。

3.1 查询分析模块

查询分析模块的主要功能有舞动信息属性查询和空间查询，其中空间查询又主要分为多边形查询和缓冲区查询。

舞动信息查询是查询单个舞动点的信息，如通过点击舞动图层上的一个舞动点，可以查看该点的属性信息，了解其发生时间、持续时间等舞动情况。

空间查询可以查询在一个区域范围内发生的历年舞动情况，了解该地区的舞动状况，如缓冲区查询舞动信息是选择一个地图要素，给定缓冲区距离，生成一个缓冲区面，将缓冲区面与舞动信息叠加，得到该区域内的舞动信息。

3.2 时空分布分析模块

时空分布分析模块是根据缓冲区查询或多边形查询等空间查询得到的结果，经过GIS分析技术对舞动信息、气象信息等进行空间分析，然后生成舞动分布图。输电线路发生舞动的杆段坐标叠加在舞动分布图初稿上，并根据经验进行调整，生成最终的舞动区域分布图。

4 结语

舞动信息数据库的建设对实现舞动信息管理的规范化和标准化有着十分重要的作用。本文根据数据库设计理论，结合ArcGIS的Geodatabase数据模型对舞动信息数据库设计和建立方法进行详细讨论，为以后舞动分布的研究及分布图绘制提供便利。

参考文献：

[1]王少华，蒋兴良，孙才新.输电线路导线舞动的国内外研究现状[J].高电压技术，2005（10）：11-14.

[2]宋伟，卢明，张红梅.输电线路舞动区域划分及舞动分布图绘制研究[J].山西电力，2013（6）：14-17.

[3]李月臣，赵纯勇，刘春霞，等.重庆市地质灾害数据库设计与建设[J].中国地质灾害与防治学报，2007（1）：115-119.

[4] Bruno N， Chaudhuri S. Automatic Physical Database Tuning： A Relaxation-based Approach[C]// ACM SIGMOD International Conference on Management of Data. ACM，2005.

[5]Gebaly K E， Aboulnaga A. Robustness in Automatic Physical Database Design[C]// International Conference on Extending Database Technology： Advances in Database Technology. ACM，2008.